登場人物
■湯川 学 (36 - 42) - 福山雅治
帝都大学理工学部、物理学科准教授・第十三研究室配属。頭脳明晰、スポーツ万能で容姿端麗。女子学生に人気。
学生時代の同期である草薙や研究室の学生は、彼のことを「変人ガリレオ」と呼んでいる。
「全ての事象には必ず理由がある」と信念を持ち、科学的に可能性のある事象を頭ごなしに否定することを好まず、
「ありえない」という発言に対しては常に否定的な姿勢を示す。
そのためオカルト・心霊現象の類は一切信じないが、それに関する知識は専門家並みに豊富である。
スカッシュやクライミングなどのスポーツや、趣味で行っている料理も数学的・理論的に解釈しようとする理屈屋でもある。
「非論理的」との理由で子供嫌いであり、捜査において子供と会話をすることさえ厭い、無理して子供と見つめ合ったために、蕁麻疹を発症する。
持ち込まれた事件に興味を示した時の口癖は、「実に面白い」「実に興味深い」。
また、未解明な事象に遭遇した際には突如笑い出し、「さっぱり分からない」と言う。
自分の中で全ての謎が氷解した際には、頭の中を整理する癖としてチョーク・石など目の前にある道具を筆記具として使い、
地面やショーケース等、所構わずトリックの証明をするための方程式を記述する。
記述後はフレミングの左手の法則を模した左手を顔に当てるポーズを取る。
「（非論理的であるため）人間の感情に興味は無い」と断言するが、
犯人像の特定や目撃者の錯覚を指摘する場面などで、人間の心理を熟知している様子が伺える。
また，内海の作り話を信じて同情したり、彼女が落ち込んでいる時に気配りしたり、また目前で傷心の相手は気に掛け、
慰めることは多いなど、人情味を持っている。
■岸谷 美砂 (25) - 吉高由里子
帝都大学法学部卒。警部補。入庁2年目で警部補に登り詰めたエリート刑事。
前述の内海の海外研修により本庁から赴任し、内海本人から湯川の担当を任じられる。
相当な自信家で、自分より下と感じた人物は年上の人物でも見下すため、栗林とは犬猿の仲である。
湯川の作るインスタントコーヒーも舌には合わないらしく、カフェのコーヒーをテイクアウトして飲んでいる。
■内海 薫 (27 - 33) - 柴咲コウ
貝塚北署の新人女性刑事。3月2日生まれ。交通課時代に痴漢犯65人を逮捕した実績を持ち、草薙に憧れて捜査課に転属。
草薙の紹介で湯川に捜査協力を求める。理屈より「刑事の勘」や感情で動く直情的な性格で、理屈で動く湯川に歯が立たない。
授業や実験の最中でも自分の用件を優先し、待つと言う選択肢を持たないので栗林を悩ませる。時折湯川のかっこ良さに見惚れてしまうことも。
変人湯川の協力を得るため、湯川が否定するオカルトや心霊現象に例えたり、
洋物の刑事ドラマから引用した作り話で同情を誘ったりと毎回苦労している。
自分から事件を持ち込んでくることが多いが、湯川や栗林から捜査を依頼され、逆に嫌々ながら協力することもある。
事件解決のために、かなりのペースで湯川ゼミを訪れるため、ゼミ生の間では「湯川と恋愛関係にある」
と思われていた。
年齢より若く見られることが多く、帝都大学の学生と勘違いされてナンパされたり，
幼馴染である坂木の母親に「(少女時代から)顔が変わらない」と言われる。
原作では湯川の相棒は草薙だが、ドラマでは製作者の意図により内海になった。しかし、原作の『容疑者Xの献身』以降の同シリーズの短編小説集『ガリレオの苦悩』、長編小説『聖女の救済』からは登場しているため、ドラマの企画から発祥したキャラクターとして原作で活躍している。
■草薙 俊平 (36 - 42) - 北村一輝
貝塚北署に勤務していた刑事。
大学の同期である湯川の助力で「田園調布ねずみ男事件」「蒲田念力殺人事件」「羽田空中浮遊事件」などの難事件を解決し、
第一章の人体発火事件翌日に本庁（警視庁）に栄転した。内海からは「ミステリーハンター」と呼ばれて尊敬されている。
内海に対して「事件を解決したのは湯川」と告げ、湯川の協力を得るように助言する。
ドラマでは女受けがいいという設定。原作では湯川の相棒として登場する。
■弓削 志郎 (31) - 品川祐（品川庄司）
草薙の後輩で、内海の先輩にあたる。原作では勘のいい刑事だったが、ドラマでは「勘の良さ」は見られず、かなり凡庸な人物になっている。
コンビを組む新米の内海のことをあまり信用していない。見込み捜査や一昔前の刑事ドラマの様な尋問をすることが多い。
後輩の内海が死体を見る事に段々慣れていくのに対し（城ノ内の元へ頻繁に通っているため）、彼は咽せたり、嫌な顔つきをする。
彼をはじめ貝塚北署のほとんどは草薙とその後の内海が難事件に対する協力を湯川に依頼していることはもちろん、湯川の存在さえ知らないようである。
■城ノ内 桜子 (38) - 真矢みき
他共に認める美人監察医。
死体を見た刑事の面々が気分を悪くする中、一人であっけらかんとしているなど職業柄とはいえ豪胆なところがある。
湯川が草薙の捜査に協力していたことは本人から聞いており、第四章で湯川と初めて会った時から、
外部からの心臓麻痺を実践させる方法についての話で盛り上がっていた。
また、互いに理系で会話が弾むということもあり、「こんなに話の合う男は初めて」と感想を述べている。
死体の検分をしているとき以外は、たいがい職場の遺体保存用冷蔵庫に大量に保管している菓子・デザート類を食べている。
署内の人間では彼女のみが湯川のことを「ガリレオ先生」とニックネーム的に呼んでいる。
■栗林 宏美 (45 - 51) - 渡辺いっけい
帝都大学での湯川学の助手。
湯川が警察の犯罪捜査に協力することを快く思っておらず、内海が研究室に現れると嫌悪感を露にして授業を続けさせようとするが、
毎度話を余計に進めてしまい結局湯川の捜査協力への興味を促進させてしまっている。
犯罪捜査への協力が湯川の研究の妨げになり、ひいては学内での湯川の立場を危うくする行為だと危惧していることによる。
被害者のペットであった犬の名前が「くりちゃん」であったことで殺した犯人に激怒していることもある。
